心血管組織工程之脈衝式灌流生物反應器

Abstract

血管常因為先天性的異常、外傷、血栓症、感染、發炎(血管炎)、腫瘤等各種原因，而發生病變。在人體心臟血管疾病，病變症狀較輕者或在某種不允許手術的情況下，可藉由藥物加以控制病情；病變症狀較重者則需進行手術治療；最嚴重者則必須進行血管移植或血管摘除並以血管代替品允予重建，以維持循環系統正常運作。目前做為血管的代替品，在大口徑人工血管已經商品化，而在小口徑血管仍然未能全方面的解決血管移植的問題。近年來隨著組織工程的蓬勃發展，國內外皆致力發展以組織工程之技術來突破人工血管的困難。本論文將設計一套生物反應器，並以纖維蛋白膠-褐藻酸鈉作為血管組織工程基材的主要材料，以探討經由生物反應器所產生之物理刺激對於貼附於基材上之細胞生長所造成的影響，並探討基材在小口徑人工血管組織工程的基材的可行性。 在第一部分的實驗裡，我們以固定基材中纖維蛋白膠的含量,而改變基材中褐藻酸鈉的含量來測試血管組織工程基材的機械強度，經過拉伸測試可發現隨著基材中褐藻酸鈉含量增高，並不會影響到基材的延展性，但可增強基材的最大拉伸力、總破壞能及楊氏系數，因而發現可藉由基材中褐藻酸鈉的含量來控制本研究的基材所需的機械性質。 在第二部分的實驗裡，我們透過設計之生物反應器，利用不同物理刺激，觀察培養於基材上之血管內皮細胞生長情形。經由實驗中觀察在脈衝式灌流及一般灌流培養相較於靜態培養，細胞較能緊密貼附於基材上，且能分泌較多的細胞外間質，而脈衝式灌流又較一般灌流培養能讓內皮細胞出現於類似天然血管內皮細胞的單一方向性生長。由本論文的實驗發現混合纖維蛋白膠與褐藻酸鈉之血管組織工程基材可適用於小口徑血管組織工程，並且配合由生物反應器所產生的脈衝式灌流刺激可培養出具有類似於體內血管細胞的功能。

In this study, we designed a bioreactor to provide the physical stimulation on the vascular tissue for the culturing. We used fibrin gel as tissue engineering scaffold. Due to the weak mechanical property of the gel. We add alginate to the fibrin gel to form fibrin-alginate gel. In this experiment, we concluded that both the perfusion and the pulsatile flow can cause the cell to attach firmly to the matrix, and secrete more extra-cellular matrix substance as in the human body environment. The fibrin-alginate gel can be applied to small caliber blood vessel tissue engineering. Together with the pulsatile perfusion system, the vascular tissue engineering proposed in this research is a success.